Milyen tulajdonságaik vannak a fizikai kristályoknak? A szilárd kristályok tulajdonságai

Különböző kristályokat tekintve azt látjuk, hogy mindegyik különböző alakú, de mindegyik szimmetrikus testet képvisel. Valójában a szimmetria a kristályok egyik fő tulajdonsága. Szimmetrikusnak nevezzük azokat a testeket, amelyek egyenlő, azonos részekből állnak.

Minden kristály szimmetrikus. Ez azt jelenti, hogy minden kristályos poliéderben találhatunk szimmetriasíkot, szimmetriatengelyt, szimmetriaközéppontot és egyéb szimmetriaelemeket, így a poliéder azonos részei illeszkednek egymáshoz. Vezessünk be egy másik, a szimmetriával kapcsolatos fogalmat - a polaritást.

Minden kristályos poliédernek van egy bizonyos szimmetriaelemkészlete. Komplett készlet az adott kristályban rejlő összes szimmetriaelemet szimmetriaosztálynak nevezzük. Számuk korlátozott. Matematikailag bebizonyosodott, hogy a kristályokban 32 féle szimmetria létezik.

Tekintsük részletesebben a kristály szimmetriájának típusait. Először is, a kristályoknak csak 1, 2, 3, 4 és 6 rendű szimmetriatengelyei lehetnek. Nyilvánvalóan az 5., 7. és magasabb rendű szimmetriatengelyek nem lehetségesek, mert ilyen szerkezet mellett az atomsorok, hálózatok nem töltik ki folyamatosan a teret, és hézagok keletkeznek az atomok egyensúlyi helyzetei között. Az atomok nem lesznek a legstabilabb helyzetben, és a kristályszerkezet összeomlik.

Egy kristályos poliéderben megtalálható különböző kombinációk szimmetriaelemek – egyeseknek kevés, másoknak sok. A szimmetria szerint, elsősorban a szimmetriatengelyek mentén, a kristályokat három kategóriába sorolják.

TO legmagasabb kategória Ezek közé tartoznak a legszimmetrikusabb kristályok, amelyeknek több 2., 3. és 4. rendű szimmetriatengelyük van, 6. rendű tengelyük nincs, lehetnek síkjai és szimmetriaközéppontjai. Ezek a formák közé tartozik a kocka, az oktaéder, a tetraéder stb. Mindegyikben van egy közös jellemző: minden irányban megközelítőleg azonosak.

A középkategóriás kristályoknak 3, 4 és 6 rendű tengelyük lehet, de egyszerre csak egy. Lehetséges több 2-es rendű tengely és szimmetriasík is. Ezeknek a kristályoknak az alakja: prizmák, piramisok stb. Általános jellemző: éles különbség a fő szimmetriatengely mentén és azokon át.

A legmagasabb kategóriába tartozó kristályok a következők: gyémánt, kvarc, germánium gránát, szilícium, réz, alumínium, arany, ezüst, szürke ón, volfrám, vas; a középső kategóriába - grafit, rubin, kvarc, cink, magnézium, fehér ón, turmalin, berill; a legalacsonyabbig - gipsz, csillám, réz-szulfát, Rochelle só stb. Természetesen ez a lista nem sorolja fel az összes létező kristályt, hanem csak a leghíresebbeket.

A kategóriák pedig hét rendszerre vannak osztva. A „syngony” görögül fordítva „hasonló szöget” jelent. Az azonos szimmetriatengelyű, és ezért a szerkezetben hasonló elfordulási szögű kristályokat kristályrendszerré egyesítik.

Először is érdemes megemlíteni a kristályok két alapvető tulajdonságát. Az egyik az anizotrópia. Ez a kifejezés a tulajdonságok iránytól függő változását jelenti. Ugyanakkor a kristályok homogén testek. Egyöntetűség kristályos anyag az, hogy annak két szakasza ugyanaz a formaés az azonos orientáció ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik.

Először beszéljünk az elektromos tulajdonságokról. Elvben elektromos tulajdonságok A kristályok a fémek példájával jöhetnek szóba, mivel a fémek egyik állapotukban kristályos aggregátumok lehetnek. A fémben szabadon mozgó elektronok nem tudnak kialudni, ehhez energiára van szükség. Ha ebben az esetben sugárzó energiát használunk, akkor az elektronabsztrakció hatására az úgynevezett fotoelektromos hatás keletkezik. Hasonló hatás figyelhető meg az egykristályokban. A molekulapályáról leszakadt elektron a kristály belsejében maradva fémes vezetőképességet okoz az utóbbiban (belső fotoelektromos hatás). Normál körülmények között (besugárzás nélkül) az ilyen csatlakozások nem vezetnek elektromos áramot.

A fényhullámok kristályokban való viselkedését E. Bertolin tanulmányozta, aki elsőként vette észre, hogy a hullámok nem szabványosan viselkednek, amikor áthaladnak egy kristályon. Egy nap Bertalin vázlatot készített kétszögek Iceland spar, aztán feltette a kristályt a rajzokra, ekkor látta a tudós először, hogy minden vonal kettéágazik. Többször meg volt győződve arról, hogy minden sparkristály kettévágja a fényt, csak ezután írt Bertalin értekezést „Kísérletek egy kettős törő izlandi kristállyal, amelyek egy csodálatos és rendkívüli fénytörés felfedezéséhez vezettek” (1669). A tudós kísérleteinek eredményeit elküldte több ország egyes tudósainak és akadémiáinak. A munkákat teljes bizalmatlansággal fogadták. Az Angol Tudományos Akadémia tudósok csoportját jelölte ki ennek a törvénynek a tesztelésére (Newton, Boyle, Hooke stb.). Ez a tekintélyes bizottság a jelenséget véletlennek, a törvényt pedig nem létezőnek ismerte el. Bertalin kísérleteinek eredményei feledésbe merültek.

Csak 20 évvel később Christiaan Huygens megerősítette Bertalin felfedezésének helyességét, és maga fedezte fel a kettős törést a kvarcban. Sok tudós, aki ezt követően tanulmányozta ezt a tulajdonságot, megerősítette, hogy nem csak az izlandi szár, hanem sok más kristály is kettéosztja a fényt.

A legmagasabb kategóriájú kristályok, mint a gyémánt, a kősó, a timsó, a gránátok és a fluorit nem osztják szét a fényt. Általában sok tulajdonság anizotrópiája bennük gyengébb, mint más kristályokban, és néhány tulajdonság izotróp. Az alsó és középső kategóriájú kristályokon, ha átlátszóak, kettős fénytörés figyelhető meg.

A fénytörés a befelé irányuló fénysebesség különbségei miatt következik be különböző környezetekben. Tehát az üvegben a fény sebessége 1,5-szer kisebb, mint a levegőben, ezért a törésmutatója 1,5.

A kettős törés oka a kristályokban lévő fénysebesség anizotrópiája. Izotróp közegben a hullámok egyformán térnek el minden irányban, mintha egy golyó sugarai mentén haladnának. A kristályokban fény és hanghullámok Nem térnek el körökben, és ezeknek a hullámoknak a sebessége, és így a törésmutatói is eltérőek a különböző irányokban.

Képzeljük el, hogy egy kristályban egy fénysugár ketté válik, az ember „hétköznapi” módon viselkedik, i.e. minden irányba a labda sugarai mentén halad, a másik - „rendkívüli” - az ellipszoid sugarai mentén halad. Egy ilyen kristályban csak egy irány van, amelyben nincs kettős törés. A közönséges és a rendkívüli sugarak együtt járnak, a fénysugár nem válik ketté. Optikai tengelynek nevezik. A középkategóriába tartozó kristályok így viselkednek a fényhez képest, ezért nevezzük optikailag egytengelyűnek. A legalacsonyabb kategóriájú kristályokban a fény is kétszeres törést tapasztal, de mindkét sugár rendkívüli módon viselkedik, mindkettőnek minden irányban más a törésmutatója, és mindkettő az ellipszoid sugarai mentén terjed. A legalacsonyabb kategóriájú kristályokat optikailag biaxiálisnak nevezzük. Optikailag izotrópnak nevezzük a legmagasabb kategóriájú kristályokat, ahol a fény minden irányban egyenlően tér el a golyó sugarai mentén.

A kettőstörő kristályon áthaladva a fényhullám nemcsak kettéágazik, hanem a keletkező sugarak mindegyike polarizálódik, két egymásra merőleges síkra bomlik. A hullám viselkedik hasonló módon, mert át kell haladnia az atomrácson, amelynek sorai előtte fekszenek. Ezért a kristályban két hullámra bomlik fel, amelyekben a rezgéssíkok egymásra merőlegesek.

A szilárd anyagok tulajdonságait, például rugalmasságát, szilárdságát, felületi feszültségét az atomok közötti kölcsönhatási erők és a kristályok szerkezete határozzák meg. Az interatomikus kölcsönhatás erőinek tanulmányozásával lehetőség nyílik például a rugalmassági modulus értékének, az anyag szakítószilárdságának, a kristály kötési energiájának és a felületi feszültség együtthatójának meghatározására.

Ily módon bármely szilárd anyag jellemzőit felmérjük, de ez a legegyszerűbb az ideális ionkristályok esetében. Az ilyen kristályok rácsában pozitív ill negatív ionok. A felméréshez mindenekelőtt meg kell találni az egységnyi erő nagyságát atomközi kötés, amelyet ionos kristályokban két ion közötti kölcsönhatás erőssége határoz meg.

Az atomok közötti kölcsönhatás erőinek függése a szilárd testekben lévő atomok középpontjai közötti távolságtól a következő:

1) Vonzó és taszító erők egyszerre hatnak az atomok között. Az interatomikus kölcsönhatás eredő ereje ennek a két erőnek az összege.

2) Az atomok közötti távolság csökkenésével a taszító erők sokkal gyorsabban növekednek, mint a vonzóerők, így van egy bizonyos távolság, amelynél a vonzó és taszító erők kiegyenlítődnek, és az így létrejövő erő válik egyenlő nullával. A magára hagyott kristályban az ionok pontosan r0 távolságra helyezkednek el egymástól. Ha az atomok közötti távolság kisebb, mint az egyensúlyi (r kisebb, mint r0), akkor a taszítóerők vannak túlsúlyban, ha (r nagyobb, mint r0), akkor a vonzóerők vannak túlsúlyban.

Az interatomikus erők ezen tulajdonságai lehetővé teszik, hogy a kristályt alkotó részecskéket hagyományosan egymással kölcsönhatásban lévő szilárd, rugalmas golyóknak tekintsük. A kristály húzó deformációja a szomszédos golyók középpontjai közötti távolság növekedéséhez és a vonzóerők túlsúlyához vezet, míg a nyomó alakváltozás ennek a távolságnak a csökkenéséhez és a taszító erők túlsúlyához vezet.

A szakítószilárdságot általában a legnagyobb igénybevételnek nevezik, amelyet egy anyag törés nélkül elvisel. Amikor egy mintát megnyújtanak, a szakítószilárdságot a feszültség irányára merőleges egységnyi keresztmetszeti területre vetítve a létrejövő interatomikus vonzáserő maximális értéke határozza meg.

Az interatomikus kölcsönhatás eredő ereje eléri maximális érték, ha az atomok középpontjai egymástól r1 távolságra vannak. Ahogy a nyúlás tovább növekszik, a kölcsönhatási erők olyan kicsikké válnak, hogy az atomok közötti kötések megszakadnak.

Téma Szilárdtestek szimmetriája

1 Kristályos és amorf testek.

2 A szimmetria elemei és kölcsönhatásaik

3 Kristálypoliéderek és kristályrácsok szimmetriája.

4 A krisztallográfiai osztályok kialakításának elvei

Laboratóriumi munka № 2

Kristálymodellek szerkezetének tanulmányozása

Felszereltség és tartozékok: kártyák feltüntetve kémiai elemek amelynek kristályszerkezet;

A munka célja: kristályos és amorf testek, kristályrácsok szimmetriaelemeinek, krisztallográfiai osztályok kialakításának elveinek tanulmányozása, periódus kiszámítása kristályrács a javasolt kémiai elemekre.

Alapfogalmak a témában

A kristályok háromdimenziós periodikus atomi szerkezetű szilárd anyagok. Egyensúlyi körülmények között a képződmények rendelkeznek természetes forma szabályos szimmetrikus poliéderek. Kristályok – egyensúlyi állapot szilárd anyagok

Mindenkinek kémiai, amely adott termodinamikai körülmények között (hőmérséklet, nyomás) kristályos állapotban van, egy bizonyos atomi-kristályos szerkezetnek felel meg.

Az a kristály, amely nem egyensúlyi körülmények között nőtt, és nem rendelkezik megfelelő vágással, vagy a feldolgozás következtében elvesztette, megtartja a fő tulajdonságát kristályos állapot– rácsos atomi szerkezet (kristályrács) és az általa meghatározott összes tulajdonság.

Kristályos és amorf szilárd anyagok

A szilárd anyagok rendkívül változatosak szerkezetükben, a részecskék (atomok, ionok, molekulák) kötőerei jellegében és fizikai tulajdonságaiban. A szilárd testek fizikai tulajdonságainak alapos tanulmányozásának gyakorlati igénye oda vezetett, hogy a Föld összes fizikusának körülbelül a fele foglalkozik a szilárd anyagok tanulmányozásával, új, előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozásával és fejlesztésével. gyakorlati alkalmazása. Ismeretes, hogy az anyagok átmenete során a folyékony állapot szilárdban két lehetséges különféle típusok keményedés.

Az anyag kristályosodása

Egy bizonyos hőmérsékletre hűtött folyadékban kristályok (rendezetten elrendezett részecskék területei) jelennek meg - kristályosodási központok, amelyek az anyagból történő további hőelvonás hatására a részecskék tapadásának köszönhetően nőnek. folyékony fázisés lefedje az anyag teljes térfogatát.

Keményedés a folyadék viszkozitásának gyors növekedése miatt, csökkenő hőmérséklet mellett.

A megszilárdulási folyamat során keletkezett szilárd anyagokat amorf szilárd anyagok közé sorolják. Ezek között megkülönböztetik azokat az anyagokat, amelyekben egyáltalán nem figyelhető meg kristályosodás (pecsétviasz, viasz, gyanta), és olyan anyagokat, amelyek kristályosodni képesek, például az üveget. Mivel azonban viszkozitásuk a hőmérséklet csökkenésével gyorsan növekszik, a kristályok képződéséhez és növekedéséhez szükséges molekulák mozgása akadályozott, és az anyagnak van ideje megkeményedni, mielőtt a kristályosodás megtörténik. Az ilyen anyagokat üvegszerűnek nevezik. Ezeknek az anyagoknak a kristályosodási folyamata szilárd állapotban nagyon lassan megy végbe, és könnyebben megy végbe magas hőmérséklet. Híres jelenség az üveg "devitrifikációját" vagy "csillapítását" az üvegen belüli képződés okozza kis kristályok, melynek határain a fény visszaverődik és szétszóródik, aminek következtében az üveg átlátszatlanná válik. Hasonló kép jelenik meg, amikor a tiszta cukorkát „cukrozzuk”.

Az amorf testek nagyon magas viszkozitási együtthatójú folyadékoknak tekinthetők. Köztudott, hogy amorf testek gyengén kifejezett folyékonysági tulajdonság figyelhető meg. Ha viasz- vagy pecsétviaszdarabokkal tölt meg egy tölcsért, akkor egy idő után más lesz különböző hőmérsékletek, az amorf test darabjai fokozatosan elmosódnak, tölcsér alakot vesznek fel és rúd formájában kifolynak belőle. Még az üvegnek is megvan a folyékonysága. A régi épületekben az ablaküveg vastagságának mérése azt mutatta, hogy több évszázadon keresztül az üvegnek volt ideje felülről lefelé lefolyni. Az üveg alsó részének vastagsága valamivel nagyobbnak bizonyult, mint a teteje.

Szigorúan véve csak a kristályos testeket szabad szilárd testnek nevezni. Az amorf testek bizonyos tulajdonságaikban, és legfőképpen szerkezetükben hasonlóak a folyadékokhoz: erősen túlhűtött, nagyon magas viszkozitású folyadékoknak tekinthetők.

Ismeretes, hogy a kristályok nagy hatótávolságú rendezettségével ellentétben (a részecskék rendezett elrendezése az egyes kristályszemcsék teljes térfogatában megmarad), a folyadékokban és az amorf testekben a részecskék elrendezésében rövid hatótávolságú sorrend figyelhető meg. Ez azt jelenti, hogy bármely részecskére vonatkoztatva a legközelebbi szomszédos részecskék elrendezése rendezett, bár nem olyan egyértelműen kifejezve, mint egy kristályban, de ha egy adott részecske érinti, a többi részecskék elrendezése hozzá képest egyre kevésbé lesz. A molekula 3-4 effektív átmérőjű távolságra rendezve a részecskék elrendezésének sorrendje teljesen eltűnik.

Összehasonlító jellemzők Az anyag különböző halmazállapotait a 2.1. táblázat tartalmazza.

Kristályrács

A helyes leírásának megkönnyítése érdekében belső szerkezet szilárd anyagok általában a tér- vagy kristályrács fogalmát használják. Ez egy térbeli rács, amelynek csomópontjaiban részecskék találhatók - ionok, atomok, molekulák, amelyek kristályt alkotnak.

A 2.1. ábra egy térbeli kristályrácsot mutat be. A legkisebb paralelepipedon félkövér vonallal van kiemelve, amelynek párhuzamos mozgása három mentén koordináta tengelyek, a paralelepipedon éleinek irányával egybeesve a teljes kristály felépíthető. Ezt a paralelepipedont a rács fő- vagy egységcellájának nevezzük. Az atomok benne helyezkednek el ebben az esetben a paralelepipedon csúcsainál.

Egy egységcella egyértelmű jellemzőihez 6 mennyiség van megadva: három él a, b, c és három szög a paralelepipedon élei között a, b, g. Ezeket a mennyiségeket rácsparamétereknek nevezzük. Opciók a, b, c – ezek az atomközi távolságok a kristályrácsban. Az övék számértékek kb 10-10 m.

A legegyszerűbb típusú rácsok a kocka alakú paraméterekkel a=b=c És a = b = g= 90 0 .

Miller indexek

A kristály csomópontjainak, irányainak és síkjainak szimbolikus kijelölésére az úgynevezett Miller-indexeket használjuk.

Csomópont indexek

A rács bármely csomópontjának helyzetét a kiválasztott origóhoz képest három koordináta határozza meg X, Y, Z (2.2. ábra).

Ezeket a koordinátákat rácsparaméterekkel lehet kifejezni alábbiak szerint X = ma, Y = nb, Z = pc, Ahol a, b, c – rács paraméterei, m, n, p – egész számok.

Így ha nem egy métert veszünk hosszegységnek a rácstengely mentén, hanem a rács paramétereit a, b, c (tengelyirányú hosszegységek), akkor a csomópont koordinátái a számok lesznek m, n, p. Ezeket a számokat csomóponti indexeknek nevezzük, és jelölésük van.

A területen fekvő csomópontokhoz negatív irányok koordinátákat, helyezzen mínusz jelet a megfelelő index fölé. Például .

Iránymutatók

Az irány beállításához a kristályban egy egyenes vonalat választunk (2.2. ábra), amely áthalad a koordináták origóján. Tájolását az index egyedileg határozza meg m n p az első csomópont, amelyen áthalad. Következésképpen az irányindexeket az origóhoz legközelebb eső csomópont helyzetét jellemző három legkisebb egész szám határozza meg. ebben az irányban. Az iránymutatókat a következőképpen írjuk.

2.3. ábra Főirányok köbös rácsban.

Az egyenértékű irányok családját törött zárójelek jelölik.

Például az egyenértékű irányok családja tartalmazza az irányokat

A 2.3. ábra a fő irányokat mutatja egy köbös rácsban.

Sík indexek

Bármelyik térbeli helyzetét három szegmens megadásával határozzuk meg OA, OV, OS (2.4. ábra), amit a kiválasztott koordinátarendszer tengelyein levág. Axiális egységekben a szakaszok hossza: ; ; .

Három szám m n p teljesen meghatározza a sík helyzetét S. Ahhoz, hogy Miller-indexeket kapjunk ezekkel a számokkal, el kell végezni néhány átalakítást.

Állítsuk össze az axiális szegmensek reciprok értékeinek arányát, és fejezzük ki a három arányon keresztül legkisebb számok h,k,l hogy az egyenlőség fennálljon .

Számok h,k,l a sík indexei. A síkmutatók megtalálásához a relációt az általánosra redukáljuk legkisebb nevezőés a nevezőt el kell vetni. A törtek számlálói megadják a sík indexeit. Magyarázzuk meg ezt egy példával: m = 1, n = 2, p = 3. Akkor . Így a vizsgált esetre h = 6, k = 3, l = 2. A Miller-sík indexei zárójelben vannak (6 3 2). Szegmensek m n p lehet tört, de ebben az esetben a Miller-indexeket egész számokkal fejezzük ki.

Hadd m = 1, n = , p = , akkor .

Ha a sík valamely koordinátatengelyhez képest párhuzamosan van orientálva, akkor ennek a tengelynek az indexe nulla.

Ha a tengelyen levágott szakasz negatív értékű, akkor a megfelelő síkmutató is negatív előjelű lesz. Hadd h = -6, k = 3, l = 2, akkor egy ilyen síkot írunk a Miller-sík indexeibe.

Meg kell jegyezni, hogy a sík indexek (h, k, l) ne egy adott sík, hanem egy család tájolását állítsa be párhuzamos síkok, vagyis lényegében ezek határozzák meg a sík krisztallográfiai orientációját.

A 2.5. ábra a fősíkokat mutatja egy köbös rácsban.

Néhány Miller-indexben eltérõ sík

fizikai és krisztallográfiai értelemben egyenértékű. Egy köbös rácsban az ekvivalencia egyik példája a kocka lapjai. A fizikai ekvivalencia abban rejlik, hogy ezeknek a síkoknak ugyanaz a szerkezete a rácscsomópontok elrendezésében, és ezért ugyanazok a fizikai tulajdonságok. A krisztallográfiai ekvivalenciájuk az, hogy ezek a síkok egymáshoz igazodnak, ha az egyik koordinátatengely körül olyan szöggel forgatják el, amelyik többszöröse. Az ekvivalens síkok családját zárójelek határozzák meg. Például egy szimbólum egy kocka lapjainak teljes családját képviseli.

Miller háromkomponensű szimbolikáját minden rácsrendszerre használják, kivéve a hatszögletűt. Egy hatszögletű rácsban (2.7. ábra 8. sz.) a csomópontok szabályos hatszögletű prizmák csúcsaiban és azok középpontjában helyezkednek el. hatszögletű alapok. A hexagonális rendszer kristályaiban a síkok tájolását négy koordinátatengely segítségével írjuk le x 1, x 2, x 3, z, úgynevezett Miller–Bravais indexek. Tengelyek x 1, x 2, x 3 120 0 -os szögben tér el az origótól. Tengely z rájuk merőlegesen. Az irányok kijelölése négykomponensű szimbolikával nehéz és ritkán használatos, ezért a hatszögletű rácsban lévő irányokat Miller háromkomponensű szimbolikájával határozzuk meg.

A kristályok alapvető tulajdonságai

A kristályok egyik fő tulajdonsága az anizotrópia. Ez a kifejezés a fizikai tulajdonságok változását jelenti a kristály irányától függően. Tehát egy kristálynak különböző erőssége, keménysége, hővezető képessége lehet különböző irányokban, ellenállás, törésmutató stb. Az anizotrópia a kristályok felületi tulajdonságaiban is megnyilvánul. Együttható felületi feszültség a különböző kristálylapokhoz különböző méretű. Amikor egy kristály olvadékból vagy oldatból nő, ez az oka a növekedési sebességek különbségének különböző arcok. A növekedési sebesség anizotrópiája határozza meg a növekvő kristály megfelelő alakját. A felületi tulajdonságok anizotrópiája az oldódási sebességek adszorpciós képességének különbségében is jelentkezik, kémiai tevékenység ugyanazon kristály különböző lapjai. A fizikai tulajdonságok anizotrópiája a kristályrács rendezett szerkezetének következménye. Egy ilyen szerkezetben a sík atomok pakolódási sűrűsége eltérő. A 2.6. ábra ezt magyarázza.

A síkokat atomjaik népsűrűsége szerint csökkenő sorrendbe rendezve a következő sorozatot kapjuk: (0 1 0) (1 0 0) (1 1 0) (1 2 0) (3 2 0) . A legsűrűbben töltött síkokban az atomok szorosabban kötődnek egymáshoz, mivel a köztük lévő távolság a legkisebb. Másrészt a legsűrűbben kitöltött síkok, amelyek viszonylag távol vannak egymástól nagy távolságok, mint a ritkán lakott repülőgépek, gyengébb lesz a kapcsolat egymással.

A fentiek alapján elmondhatjuk, hogy hagyományos kristályunkat a legkönnyebb egy sík mentén hasítani (0 1 0), mint más repülőgépeken. Itt nyilvánul meg a mechanikai szilárdság anizotrópiája. Más fizikai tulajdonságok kristály (termikus, elektromos, mágneses, optikai) is eltérő lehet különböző irányokban. A legfontosabb tulajdonság kristályok, kristályrácsok és egységcelláik szimmetria bizonyos irányok (tengelyek) és síkok tekintetében.

Kristályszimmetria

2.1. táblázat

Kristály rendszer	Egységcella élaránya	Szögarány egységcellában
Triclinic
Monoklinika
Rombikus
Négyszögű
Kocka alakú
Trigonális (roboéder)
Hatszögletű

A részecskék kristályban való periodikus elrendezése miatt szimmetriája van. Ez a tulajdonság abban rejlik, hogy bizonyos mentális műveletek hatására a kristályrészecskék rendszere egyesül önmagával, és az eredetitől megkülönböztethetetlen helyzetbe kerül. Minden művelethez szimmetriaelem is rendelhető. A kristályok szimmetriájának négy eleme van. ez - szimmetriatengely, szimmetriasík, szimmetriaközéppont és tükörforgás szimmetriatengely.

1867-ben orosz krisztallográfus A.V. Gadolin megmutatta, hogy lehet A szimmetriaelemek 32 lehetséges kombinációja. Ezek mindegyike lehetséges kombinációk szimmetriaelemeket nevezünk szimmetria osztály. A tapasztalat megerősítette, hogy a természetben a 32 szimmetriaosztály egyikébe tartozó kristályok találhatók. A krisztallográfiában a jelzett 32 szimmetriaosztály a paraméterek arányától függően a, b, c, a, b, g 7 rendszerbe (rendszerbe) vannak kombinálva, amelyek a következő elnevezésekkel rendelkeznek: Triclinic, Monoklin, Rombic, Trigonal, Hexagonal, Tetragonal és Cubic Systems. A 2.1. táblázat mutatja ezeknek a rendszereknek a paramétereinek arányait.

Ahogy Bravais francia krisztallográfus kimutatta, összesen 14 féle rács tartozik különböző kristályrendszerekhez.

Ha a kristályrács csomópontjai csak egy paralelepipedon csúcsaiban helyezkednek el, amely egységcella, akkor egy ilyen rácsot ún. primitív vagy egyszerű (2.7. ábra 1., 2., 4., 9., 10., 12. sz.), ha ezen kívül a paralelepipedon alapjainak közepén csomópontok vannak, akkor egy ilyen rácsot ún. bázisközpontú (2.7. ábra 3., 5. sz.), ha a térbeli átlók metszéspontjában van csomópont, akkor a rácsot ún. testközpontú (2.7. ábra, 6., 11., 13. sz.), és ha az összes oldalfelület közepén csomópontok vannak - arcközpontú (rajz 2.7 7., 14. sz.). Olyan rácsokat nevezünk, amelyek elemi cellái további csomópontokat tartalmaznak a paralelepipedon térfogatán belül vagy annak lapjain összetett.

A Bravais-rács azonos és azonos elhelyezkedésű részecskék (atomok, ionok) gyűjteménye, amelyek kombinálhatók egymással párhuzamos átvitel. Nem szabad azt feltételezni, hogy egy Bravais-rács egy adott kristály összes atomját (ionját) kimerítheti. A kristályok összetett szerkezete több megoldás kombinációjaként is ábrázolható Bravai áramlat, egyiket a másikba lökve. Például a konyhasó kristályrácsa NaCl (2.8. ábra) két, ionok által alkotott köbös, felületközpontú Bravais-rácsból áll. Na – És Cl+, egymáshoz képest a kocka élének felével eltolva.

A rácsperiódus számítása.

Tudva kémiai összetétel kristály és az övé térszerkezet, ki tudjuk számítani ennek a kristálynak a rácsperiódusát. A feladat abból áll, hogy meghatározzuk az egységcellában lévő molekulák (atomok, ionok) számát, a térfogatát a rácsperiódusban fejezzük ki, és a kristály sűrűségének ismeretében elvégezzük a megfelelő számítást. Fontos megjegyezni, hogy sokféle kristályrács esetében az atomok többsége nem egy egységcellához tartozik, hanem egyidejűleg több szomszédos egységcellában található.

Határozzuk meg például a nátrium-klorid rácsállandóját, melynek rácsát a 2.8. ábra mutatja.

Rácsidőszak egyenlő a távolsággal a legközelebbi azonos nevű ionok között. Ez megfelel a kocka szélének. Keressük a számot nátrium- és klórionok egy elemi kockában, amelynek térfogata egyenlő d 3, d – rácsperiódus. A kocka csúcsaiban 8 nátriumion található, de mindegyik egyben nyolc szomszédos elemi kocka csúcsa, ezért a kocka csúcsában található ionnak csak egy része tartozik ebbe a térfogatba. Összesen hét ilyen nátriumion létezik, amelyek együtt alkotják a nátriumiont. A kocka lapjainak középpontjában hat nátriumion található, de mindegyik csak a fele tartozik a kérdéses kockához. Együtt alkotják a nátriumiont. Így a szóban forgó elemi kocka négy nátriumiont tartalmaz.

Egy klórion található a kocka térbeli átlóinak metszéspontjában. Teljesen az elemi kockánkhoz tartozik. Tizenkét klóriont helyezünk a kocka éleinek közepére. Mindegyik a kötethez tartozik d 3 negyedével, mivel a kocka éle egyidejűleg négy szomszédos elemi cellával közös. A vizsgált kockában 12 ilyen klórion található, amelyek együtt klórionokat alkotnak. Összesen elemi kötetben d 3 4 nátriumiont és 4 klóriont tartalmaz, azaz 4 molekula nátrium-kloridot (n=4).

Ha 4 molekula nátrium-klorid foglal el egy térfogatot d 3, akkor egy mól kristályra lesz egy térfogat , ahol A Avogadro száma, n– az egységcellában lévő molekulák száma.

Másrészt, ahol a mól tömege, az a kristály sűrűsége. Majd ahol

(2.1)

Az egy paralelepipedon egységcellában lévő atomok számának meghatározásakor (a tartalom kiszámításakor) a következő szabályt kell követni:

q ha az atomgömb középpontja egybeesik az egységcella egyik csúcsával, akkor egy ilyen atomhoz ez a cella tartozik, mivel a nyolcas paralelepipedon bármely csúcsában egyidejűleg konvergál szomszédos paralelepipedonok, amelyek egyformán tartalmazzák a csúcsatomot (2.9. ábra);

q egy sejt szélén elhelyezkedő atomból ebbe a cellába tartozik, mivel az él négy paralelepipedonnal közös (2.9. ábra);

q egy sejt felületén fekvő atomból ebbe a sejtbe tartozik, mivel a sejt felülete két paralelepipedonnal közös (2.9. ábra);

q egy sejtben elhelyezkedő atom teljes egészében hozzá tartozik (2.9. ábra).

Ennek a szabálynak a használatakor a paralelepipedon cella alakja közömbös. A megfogalmazott szabály bármely rendszer sejtjére kiterjeszthető.

Munka előrehaladása

A kapott valódi kristályok modelljéhez

1 Válasszon ki egy egységcellát.

2 Határozza meg a Bravais-rács típusát.

3 Végezzen „tartalomszámlálást” ezeken az egységcellákon.

4 Határozza meg a rácsperiódust!

Hogyan lehet megkülönböztetni a kristályokat a nem kristályos szilárd anyagoktól? Talán sokoldalú formában? De kristályos szemcsékhez fémben vagy benne szikla a forma helytelen; és másrészt például az üveg is lehet sokrétű - ki ne látott volna csiszolt üveggyöngyöt? Azt mondjuk azonban, hogy az üveg nem kristályos anyag. Miért?

Először is azért, mert maguk a kristályok emberi segítség nélkül felveszik sokrétű formájukat, az üveget pedig emberi kéznek kell megvágnia.

A világon minden anyag a legkisebbből épül fel, nem szemmel látható, folyamatosan mozgó részecskék - ionokból, atomokból, molekulákból.

Az üveg és az üveg közötti fő különbség a belső szerkezetük, az elemek elhelyezkedése bennük. apró részecskék anyagok - molekulák, atomok és ionok. IN gáznemű testek, folyadékok és nem kristályos szilárd anyagok, mint például az üveg, az anyag legkisebb részecskéi teljesen véletlenszerűen helyezkednek el. És szilárd állapotban kristályos testek ah, a részecskék úgy vannak elrendezve, mintha megfelelő sorrendben. Alakzatukban atléták csoportjára hasonlítanak, azzal a különbséggel azonban, hogy a szabályos részecskesorok nemcsak jobbra-balra, előre-hátra, hanem fel-le is nyúlnak. Ráadásul a részecskék nem állnak egy helyben, hanem folyamatosan oszcillálnak, a helyükön maradnak elektromos erők. A kristályokon belüli részecskék távolsága kicsi, ahogy maguk az atomok is kicsik: egy 1 cm hosszú szegmensen körülbelül 100 millió atom helyezkedhet el. Ez nagyon nagy számban: Képzeld el, hogy 100 millió ember sorakozik vállvetve. Egy ilyen vonal az Egyenlítő mentén körbeveheti a Földet.

A részecskék helyes szerkezete minden anyagban más és más, ezért a kristályok alakja is olyan változatos. De minden kristályban szükségszerűen benne vannak az atomok vagy molekulák szigorú sorrendben, de a nem kristályos testeknek nincs ilyen sorrendje. Ezért mondjuk: a kristályok olyan szilárd testek, amelyekben az alkotó részecskék szabályos sorrendben helyezkednek el.

Az összes kristály felépítésére vonatkozó törvényeket elméletileg a nagy orosz krisztallográfus, Evgraf Stepanovics Fedorov (1853-1919) és Arthur Schonflies német krisztallográfus vezette le. Figyelemre méltó, hogy Fedorov ezt 20 évvel korábban, 1912-ben tette kísérletileg a segítséggel. röntgensugarak bebizonyosodott, hogy a kristályokban az atomok valóban a megfelelő sorrendben vannak elrendezve, és elrendezésük törvényei pontosan úgy vannak, ahogy az orosz tudós zseniálisan megjósolta.

Helyes időszakos elrendezés A kristályban lévő atomokat (vagy más részecskéket) nevezzük kristályrács.

Mindegyiknek megvan a maga jellegzetes sokoldalú formája, amely a kristályrács szerkezetétől függ. Például kristályok asztali sóÁltalában kocka alakúak, más anyagok mindenféle piramisok, prizmák, oktaéderek (oktaéderek) és egyéb poliéderek formájában kristályosodnak.

De a természetben vannak helyes formák a kristályok ritkák, erről bővebben olvashat.

A nem kristályos anyagoknak nincs saját alakjuk, mert az őket alkotó részecskék kaotikusan, véletlenszerűen helyezkednek el.

A részecskék helyes elrendezése meghatározza a kristály tulajdonságait is. Hát nem elképesztő például, hogy két olyan különböző ásvány, mint a nem feltűnő fekete grafit és a csillogó átlátszó grafit ugyanabból a szénatomból épül fel! - Ezek szénkristályok. Ha a szénatomok kristályrácsai egy mintában vannak elrendezve, akkor átlátszó gyémántkristályokat képeznek, amelyek a legkeményebbek a Földön és a legdrágábbak a drágakövek között, de ha ugyanazok a szénatomok más módon vannak elrendezve, akkor kicsik , fekete, átlátszatlan kristályokat kapunk a grafit az egyik legpuhább ásvány. A gyémánt majdnem kétszer olyan nehéz, mint a grafit. A grafit vezeti az elektromosságot, de a gyémánt nem. A gyémántkristályok törékenyek, a grafitkristályok rugalmasak. A gyémánt könnyen megég az oxigénáramban, és a tűzálló edények még grafitból is készülnek – annyira ellenáll a tűznek. Kettő teljesen különféle anyagok, hanem ugyanazokból az atomokból épülnek fel, és csak az eltérő szerkezetükben van a különbség köztük.

A gyémánt szerkezete teljesen más, mint a grafité; nincsenek könnyen mozgó rétegek, és a gyémánt sokkal erősebbnek bizonyul, mint a grafit.

Mindenki ismeri a csillámkristályokat. A csillámot könnyű késpengével vagy egyszerűen ujjaival hasítani: a csillámlevelek szinte nehézség nélkül elválik egymástól. De próbálja meg szétválasztani, vágni vagy megtörni a csillámot a lemez síkjában - ez nagyon nehéz: a csillám, amely a lap síkja mentén gyenge, keresztirányban sokkal erősebbnek bizonyul. A csillámkristályok erőssége különböző irányokban eltérő.

Ez a tulajdonság ismét a kristályokra jellemző. Ismeretes, hogy például az üveg bármilyen módon, minden irányban könnyen törik, szabálytalan darabokra. És itt a kristály kősó, akármilyen finomra töröd is, mindig kocka marad, vagyis mindig csak egymásra merőleges, teljesen lapos élek mentén hasad könnyen.

A kristály azokban az irányokban hasad, ahol a legkisebb az erőssége. Ez nem minden kristályban derül ki olyan egyértelműen, mint a csillámból vagy a kősóból - például a kvarc nem hasad egyenletes síkok mentén - minden kristály más-más erősségű különböző irányban. A kősó például az egyik irányban nyolcszor erősebb, mint a másik irányban, a cinkkristályok pedig tízszer erősebbek. Ezzel a tulajdonsággal meg lehet különböztetni a kristályokat a nem kristályoktól: a nem kristályos testekben az erősség minden irányban azonos, így soha nem hasadnak egyenletes síkok mentén.

Ha bármely testet felmelegítesz, az tágulni kezd. És itt jól látható a különbség a kristályos és a nem kristályos anyagok között: az üveg minden irányban egyformán tágul, a kristály pedig különböző irányban. A kvarckristályok például hosszirányban kétszer akkora mértékben tágulnak ki, mint keresztirányban. A kristályok keménysége, hővezető képessége, elektromos és egyéb tulajdonságai is eltérőek a különböző irányokban.

Különösen érdekesek optikai tulajdonságok kristályok. Ha az objektumokat izlandi sparkristályokon keresztül nézzük, azok megduplázva jelennek meg. Egy izlandi sparkristályban egy fénysugár ketté válik. Ez a tulajdonság is különböző irányokban különbözik: ha forgatod a kristályt, akkor a betűk kettészakadnak, hol jobban, hol kevésbé.

A kristályos poliéderek formái szigorú szimmetriájukkal ámulatba ejtik a szemet.

A kristályok szimmetriája fontos és jellemző tulajdonságuk. A kristályos anyagot a kristályok alakja és szimmetriája határozza meg.

Az anyagok kristályai egyedi fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek:
1. Az anizotrópia a fizikai tulajdonságok függése attól az iránytól, amelyben ezeket a tulajdonságokat meghatározzák. Csak az egykristályok jellemzője.

Ez azzal magyarázható, hogy a kristályoknak kristályrácsuk van, amelynek alakja határozza meg változó mértékben különböző irányú kölcsönhatások.

Ennek az ingatlannak köszönhetően:

A. A csillám csak egy irányban hámlik vérlemezkékké.

B. A grafit könnyen rétegekre szakad, de egyetlen réteg hihetetlenül erős.

B. A vakolat különböző irányokban eltérően vezeti a hőt.

D. A turmalinkristályt különböző szögekből érő fénysugár különböző színeket ad neki.

Szigorúan véve az anizotrópia az, ami miatt a kristály egy adott anyagra jellemző alakot hoz létre. A helyzet az, hogy a kristályrács szerkezete miatt a kristálynövekedés egyenetlenül megy végbe - egyik helyen gyorsabban, máshol sokkal lassabban. Ennek eredményeként a kristály formát ölt. E tulajdonság nélkül a kristályok gömb alakúak vagy bármilyen alakúak nőnének.

Ez is megmagyarázza szabálytalan alakú polikristályok - nincs anizotrópiájuk, mivel kristályok egymásba szaporodását jelentik.

2. Az izotrópia a polikristályok tulajdonsága, az anizotrópia ellentéte. Csak a polikristályoknak van meg.

Mivel az egykristályok térfogata lényegesen kisebb, mint a teljes polikristály térfogata, minden irány egyenlő.

Például a fémek egyformán vezetik a hőt és elektromos áram minden irányban, mivel polikristályok.

Ezen ingatlan nélkül nem tudnánk semmit sem építeni. Többség építőanyagok polikristályosak, így akármelyik irányba forgatod is, mindent kibírnak. Az egykristályok az egyik helyen szuperkemények, a másikban nagyon törékenyek lehetnek.

3. A polimorfizmus egy tulajdonság azonos atomok(ionok, molekulák) különféle kristályrácsokat alkotnak.

A különböző kristályrácsok miatt az ilyen kristályok teljesen eltérő tulajdonságokkal rendelkezhetnek. Ez a tulajdonság néhány kialakulását okozza allotróp módosítások egyszerű anyagok

például a szén a gyémánt és a grafit.

· A gyémánt tulajdonságai: .

· Magas keménység

· Nem vezeti az elektromosságot.

Oxigénáramban ég.

· A grafit tulajdonságai:

· Lágy ásvány.

· Elektromos áramot vezet.

Tűzálló agyag készül belőle. Líceum modern technológiák

menedzsment

Absztrakt a fizikáról

A kristályok és tulajdonságaik

Elkészült:

Ellenőrizve:

Bevezetés

A kristályos szilárd anyagok, amelyek fizikai tulajdonságai nem azonosak különféle irányokba, de párhuzamos irányban egybeesnek.

A kristályos szilárd anyagok családja két csoportból áll - egykristályokból és polikristályokból. Az előbbieknek néha geometrikusan szabályos külső alakjuk van, míg az utóbbiaknak, mint az amorf testeknek, nincs belső alakjuk. ezt az anyagot egy bizonyos forma. De az amorf testekkel ellentétben a polikristályok szerkezete heterogén és szemcsés. Kaotikusan orientált kis kristályok - krisztallitok - gyűjteményét alkotják, amelyek egymással összeolvadtak. Az öntöttvas polikristályos szerkezete például a törött minta nagyítóval történő vizsgálatával kimutatható.

A kristályok mérete változó. Sok közülük csak mikroszkóppal látható. De vannak több tonnás óriáskristályok.

Kristály szerkezet

A kristályok alakja igen nagy. A kristályoknak négy és több száz oldala lehet. Ugyanakkor van egy figyelemreméltó tulajdonságuk – bármilyen mérettől, alaktól és lapszámtól is legyen egy kristály, minden lapos lap bizonyos szögekben metszi egymást. A megfelelő lapok közötti szögek mindig azonosak. A kősókristályok például kocka, paralelepipedon, prizma vagy nagyobb test alakúak lehetnek. összetett forma, de az arcuk mindig derékszögben metszi egymást. A kvarclapok szabálytalan hatszög alakúak, de a lapok közötti szögek mindig azonosak - 120°.

A szögállandóság törvénye, amelyet a dán Nikolai Steno fedezett fel 1669-ben, a kristálytudomány - a krisztallográfia - legfontosabb törvénye.

A kristálylapok közötti szögek mérése nagyon nagy gyakorlati jelentősége, hiszen ezen mérések eredményei alapján sok esetben megbízhatóan meghatározható az ásvány természete. A kristályszögek mérésére a legegyszerűbb eszköz az alkalmazott goniométer. Az alkalmazott goniométer használata csak nagyméretű kristályok vizsgálatára alkalmas, a segítségével végzett mérések pontossága is alacsony. Megkülönböztetni például a kalcit- és nitrátkristályokat, amelyek hasonló alakúak és a megfelelő lapok közötti szögek 101 ° 55" az első és 102°41,5" a második, alkalmazott goniométer használata nagyon nehéz. Ezért be laboratóriumi körülmények A kristálylapok közötti szögek mérését általában bonyolultabb és pontosabb műszerekkel végzik.

A szabályos geometriai alakú kristályok ritkák a természetben. Az olyan kedvezőtlen tényezők együttes hatása, mint a hőmérséklet-ingadozás és a szomszédos szilárd anyagokkal való szoros környezet nem teszi lehetővé, hogy a növekvő kristály elnyerje jellegzetes alakját. Ráadásul a régmúltban tökéletes vágású kristályok jelentős része víz, szél és más szilárd anyagokkal való súrlódás hatására elvesztette azt. Így a part menti homokban található sok lekerekített átlátszó szemcse olyan kvarckristály, amely a hosszan tartó egymás elleni súrlódás következtében elvesztette élét.

Számos módszer létezik annak megállapítására, hogy a szilárd anyag kristály-e. Közülük a legegyszerűbb, de használatra nagyon alkalmatlan, véletlenszerű megfigyelés eredményeként került elő ben késő XVIII V. Renne Gahuy francia tudós véletlenül leejtette gyűjteményéből az egyik kristályt. A kristálytöredékek vizsgálata után észrevette, hogy sok közülük az eredeti minta kisebb másolata.

Számos kristály figyelemreméltó tulajdonsága, hogy összetörve az eredeti kristályhoz hasonló alakú töredékeket hoz létre, lehetővé tette Haüy számára, hogy feltételezze, hogy minden kristály kis részecskék sűrűn összerakott soraiból áll, amelyek mikroszkóp alatt láthatatlanok, és szabályos geometriai alakjuk van. adott anyag. Elosztó geometriai formák Gayuy nemcsak azt magyarázta különféle formák„téglák”, amelyekből állnak, hanem különféle módokon telepítésüket.

Hayuya hipotézise helyesen tükrözte a jelenség lényegét - a rendezett és sűrű elrendezést szerkezeti elemek kristályok, de nem válaszolt egy egész sorozat a legfontosabb kérdéseket. Van-e határa az alak megőrzésének? Ha van, mi a legkisebb „tégla”? Az atomok és az anyagmolekulák poliéder alakúak?

Még a 18. században. Robert Hooke angol tudós és holland keresztény tudós Huygens felhívta a figyelmet az építkezés lehetőségére szabályos poliéder szorosan összepakolt golyókból. Azt javasolták, hogy a kristályok gömb alakú részecskékből – atomokból vagy molekulákból – épüljenek fel. Külső formák A kristályok e hipotézis szerint az atomok vagy molekulák sűrű egymásra épülésének jellemzőiből származnak. Tőlük függetlenül a nagy orosz tudós, M. V. Lomonoszov ugyanerre a következtetésre jutott 1748-ban.

Ha a golyókat szorosan egy lapos rétegbe csomagoljuk, mindegyik labdát hat másik golyó vesz körül, amelyek középpontja szabályos hatszög. Ha a második réteget az első réteg golyói közötti lyukak mentén fektetik le, akkor a második réteg megegyezik az elsővel, csak a térben elmozdul hozzá.

A harmadik golyóréteg lerakása kétféleképpen történhet (1. ábra). Az első módszernél a harmadik réteg golyóit lyukakba helyezzük, amelyek pontosan az első réteg golyói felett helyezkednek el, és a harmadik réteg az első pontos másolata. A rétegek ilyen módon történő egymásra helyezésének utólagos megismétlésével egy hatszögletű, szorosan csomagolt szerkezetnek nevezett szerkezetet kapunk. A második módszernél a harmadik réteg golyóit olyan lyukakba helyezzük, amelyek nem pontosan az első réteg golyói felett helyezkednek el. Ez a csomagolási módszer egy köbös szorosan csomagolt szerkezetet hoz létre. Mindkét csomag 74%-os térfogatkitöltést ad. Nincs más módja a golyók térbeli elrendezésének deformációjuk hiányában nagyobb mértékben nem tölti ki a kötetet.

A golyók soronkénti lerakásakor a hatszögletű tömörítési módszerrel szabályos hatszögletű prizmát kaphatunk, a második tömítési módszerrel a golyókból kockát lehet építeni.

Ha atomokból vagy molekulákból kristályokat készítünk, akkor a szoros pakolás elve érvényesül, akkor úgy tűnik, hogy kristályok csak hatszögletű prizmák és kockák formájában találhatók meg a természetben. Az ilyen alakú kristályok valóban nagyon gyakoriak. Az atomok hatszögletű szoros egymásra épülése megfelel például a cink-, magnézium- és kadmiumkristályok alakjának. A köbös sűrű csomagolás megfelel a réz, alumínium, ezüst, arany és számos más fém kristályainak alakjának.

De a kristályok világának sokfélesége nem korlátozódik erre a két formára.

Az egyforma méretű gömbök legközelebbi tömítésének elvének nem megfelelő kristályformák létezésének többféle oka lehet.

Először is, a szoros tömörítés elvét követve, de atomokból lehet kristályt építeni különböző méretű vagy a gömb alakútól nagyon eltérő alakú molekulákból (2. ábra). Az oxigén- és hidrogénatomok gömb alakúak. Ha egy oxigénatom és két hidrogénatom egyesül, kölcsönös behatolásuk következik be elektronhéjak. Ezért a vízmolekula alakja jelentősen eltér a gömb alakútól. Amikor a víz megszilárdul, molekuláinak sűrű pakolása nem valósítható meg ugyanúgy, mint az azonos méretű gömbök.

Másodszor, az atomok vagy molekulák és a legsűrűbb tömb közötti különbség azzal magyarázható, hogy bizonyos irányban erősebb kötések vannak közöttük. Az atomkristályok esetében a kötések irányát az atomok külső elektronhéjának szerkezete, a molekuláris kristályoknál - a molekulák szerkezete határozza meg.

Meglehetősen nehéz megérteni a kristályok szerkezetét a szerkezetük háromdimenziós modelljeivel. Ebben a tekintetben gyakran használják a kristályok szerkezetének térbeli kristályrács segítségével történő ábrázolásának módszerét. Ez egy térbeli rács, melynek csomópontjai egybeesnek a kristályban lévő atomok (molekulák) középpontjainak helyzetével. Az ilyen modelleket át lehet látni, de belőlük semmit nem lehet megtudni a kristályokat alkotó részecskék alakjáról és méretéről.

A kristályrács alapja egy egységcella - egy ábra legkisebb méret, melynek egymás utáni átvitelével a teljes kristály felépíthető. Egy cella egyedi jellemzéséhez meg kell adnia a, b és c éleinek méretét, valamint az a szögek nagyságát. , b és g közöttük. Az egyik él hosszát kristályrács-állandónak, a cellát meghatározó hat érték teljes halmazát pedig cellaparamétereknek nevezzük.

A 3. ábra azt mutatja be, hogyan építhető fel egy teljes tér az egységcellák egymásra helyezésével.

Fontos figyelni arra, hogy az atomok többsége, és sokféle kristályrács esetében minden atom nem egy egységcellához tartozik, hanem egyidejűleg több szomszédos egységcellának a része. Vegyük például egy kősókristály egységcelláját.

A kristálynak az ábrán látható részét egy kősókristály elemi cellájának kell tekinteni, amelyből térben történő átvitellel a teljes kristály felépíthető. Ebben az esetben figyelembe kell venni, hogy a sejt csúcsaiban elhelyezkedő ionok közül csak egy-egy nyolcad tartozik hozzá; a sejt szélein heverő ionok közül egy-egy negyed tartozik hozzá; Az arcokon fekvő ionok közül a két szomszédos egységsejt mindegyike az ion felét teszi ki.

Számoljuk meg a nátriumionok számát és a klórionok számát egy egységnyi kősócellában! A sejt teljes egészében egy klóriont tartalmaz a sejt közepén, és a 12 ion mindegyikének egynegyedét a cella szélein. Összes klórionok egy cellában 1+12*1/4=4 . Egy cellában a nátriumionok hat fele a felületeken és nyolc nyolcad a csúcsokon, összesen 6*1/2+8*1/8=4.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete